JPH02181608A - Manufacture of rotation detector and rotary disk - Google Patents

Manufacture of rotation detector and rotary disk

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JPH02181608A
JPH02181608A JP1789A JP1789A JPH02181608A JP H02181608 A JPH02181608 A JP H02181608A JP 1789 A JP1789 A JP 1789A JP 1789 A JP1789 A JP 1789A JP H02181608 A JPH02181608 A JP H02181608A
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disk
photodetector
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slit
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黒沢 良一
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平 浩三
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Abstract

PURPOSE:To realize a rotation detecting device which has high resolution by utilizing the technique of an optical disk by providing uneven radial slits which are nearly equal in width and nearly as wide as or wider than the beam diameter of a laser beam which irradiates the slits from a photodetector, on one surface of the rotary disk. CONSTITUTION:The slits 22 are projected by forming the recessed and projections which are almost equal in width on one surface of the rotary disk radially to sufficient length. When the rotary disk rotates and the laser beam 15 from the photodetector 10 reaches the position of the border of a recess and a projection of slits 22, reflected light beams are generated by both the recess and projection parts to interfere with each other, so that almost no laser light returns to the photodetector 10. When the laser light beam 15 comes to the center part of the recess or projection part of a slit 22, almost all of the laser beam is reflected by the recess or projection part to return to the photodetector 10. When the rotary disk rotates by one slit, an electric signal of two cycles is obtained and the intervals of the slits 22 are decreased to realize the rotation detector which has extremely high resolution.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は電動機などにより回転位置や速度を制御するた
めに回転体の位置や速度を検出する回転検出装置及び回
転円盤の製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a rotation detection device for detecting the position and speed of a rotating body and a rotating disc for controlling the rotation position and speed by an electric motor or the like. Regarding the manufacturing method.

(従来の技術) 従来から用いられている回転検出装置としては、第5図
に示す光学式パルスエンコーダと呼ばれる方式が代表的
である。円周方向に光が透過する部分と遮断する部分が
同じ幅で交互に並んだ回転スリット31が記録され円盤
30と、この回転スリットの回転を光学的に読み取る検
出器40から構成され、円盤30が回転を検出したい回
転体(被回転検出体、図示していない。)に結合される
。検出器40は発光ダイオードなどの光源41と検出用
固定スリット42と光信号を電気信号に変換するフォト
トランジスタ43とからなる。円盤30が回転し、回転
スリット31と検出用固定スリット42の透過部が一致
すれば光源41からの光のフォトトランジスタ43に到
達し、それぞれの透過部と遮断部が一致すると光源41
からの光がフォトトランジスタ43に到達しなくなる。
(Prior Art) As a conventionally used rotation detection device, a system called an optical pulse encoder shown in FIG. 5 is typical. The disk 30 is composed of a disk 30 in which rotating slits 31 are recorded in which parts that transmit light and areas that block light are arranged alternately with the same width in the circumferential direction, and a detector 40 that optically reads the rotation of this rotating slit. is coupled to a rotating body (rotation detected body, not shown) whose rotation is to be detected. The detector 40 includes a light source 41 such as a light emitting diode, a fixed detection slit 42, and a phototransistor 43 that converts an optical signal into an electrical signal. When the disk 30 rotates and the transparent parts of the rotating slit 31 and the detection fixed slit 42 match, light from the light source 41 reaches the phototransistor 43, and when the respective transparent parts and blocking parts match, the light source 41
The light from the phototransistor 43 no longer reaches the phototransistor 43.

このようにして円盤に記録された回転スリットの動きが
光源41からフォトトランジスタ43へ到達する光の強
弱となり、フォトトランジスタ43により電気信号に変
換される。
The movement of the rotating slit recorded on the disk in this manner becomes the intensity of light reaching the phototransistor 43 from the light source 41, which converts it into an electrical signal.

円盤が1スリット分に対応する分だけ回転する事に1回
大きさが変化するパルス状の電気信号が得られることか
らパルスエンコーダと呼ばれている。この基本的な構成
では正転でも逆転でも同一゛な電気信号となってしまう
ため、回転方向を識別するためにスリット間隔の1ハだ
けずらせた検出用固定スリットを持つ2組の検出器を使
い、2相の電気信号が得られるようにした光学式2相パ
ルスエンコーダが多く使われている。またパルスエンコ
ーダはパルスの数から相対的な位置は検出できるが絶対
的な位置が検出できないため、1回転に1回だけパルス
を発生する零位置検出器を備えたものである。
It is called a pulse encoder because it generates a pulse-like electrical signal whose size changes once each time the disk rotates by an amount corresponding to one slit. With this basic configuration, the electrical signal is the same regardless of forward or reverse rotation, so two sets of detectors with fixed detection slits shifted by one slit interval are used to identify the rotation direction. , optical two-phase pulse encoders that can obtain two-phase electrical signals are often used. Further, since a pulse encoder can detect relative position from the number of pulses but cannot detect absolute position, it is equipped with a zero position detector that generates a pulse only once per rotation.

このようなパルスエンコーダとして、磁性体の円盤にS
極とN極を交互に磁化することによって記録した磁気的
なスリットを用いた磁気式パルスエンコーダも使われて
いるが、光学式パルスエンコーダはスリットが細かくで
き、1回転当りのパルス数が多く、すなわち分解能が高
くできる。
As such a pulse encoder, S is attached to a magnetic disc.
Magnetic pulse encoders are also used that use magnetic slits that record by alternately magnetizing poles and north poles, but optical pulse encoders have fine slits and can produce a large number of pulses per revolution. In other words, resolution can be increased.

(発明が解決しようとする課題) 最近ロボットなどの駆動において、従来はサーボモータ
の回転をギア減速して駆動していたのに対し、ギアを取
り除きサーボモータで直接駆動(ダイレクトドライブ)
することが注目されている。ギアによるあそびや、剛性
の低下などが無くなり、高精度で速い動作が可能になる
。このような直接駆動に用いるサーボモータは非常に低
速回転となり、このモータの回転制御には、ギア付きに
くらべてギアの減速化に相当する分、高い分解能を有す
る回転検出装置が要求される。
(Problem to be solved by the invention) Recently, when driving robots, etc., conventionally the rotation of a servo motor was driven by gear reduction, but the gear is removed and the servo motor is directly driven (direct drive).
It is attracting attention. There is no play due to gears or a decrease in rigidity, allowing for high-precision and fast movement. The servo motor used for such direct drive rotates at a very low speed, and to control the rotation of this motor, a rotation detecting device with high resolution is required compared to a geared type, which corresponds to the speed reduction of the gear.

光学式パルスエンコーダにおいてもスリットの間隔が数
十μm以下になると光の回折現象の影響が無視できなく
なり、回転スリットと検出用固定スリットの間隔を非常
に接近させなければならず、回転検出装置としての機械
的な組立が非常に難しくなる。直径10cmの円盤とし
てスリット間隔を50μmとする約e、oooスリット
である。
Even in optical pulse encoders, when the spacing between the slits becomes several tens of μm or less, the influence of light diffraction cannot be ignored, and the spacing between the rotating slit and the fixed detection slit must be very close, making it difficult to use as a rotation detection device. mechanical assembly becomes extremely difficult. The slits are approximately e, ooo with a slit interval of 50 μm as a disk with a diameter of 10 cm.

一方、回転円盤を用いて非常に高い密度でデータを記録
する方法として、音楽の記録用のCD(コンパクトディ
スク)や映像の記録用のLD(レーザディスク)などに
用いられている光デイスク方式と呼ばれる方法がある。
On the other hand, as a method of recording data at extremely high density using a rotating disk, there is an optical disk method used in CDs (compact discs) for recording music and LDs (laser discs) for recording video. There is a way to be called.

円盤に記録されたピットをレーザ光で光学的読み取る方
法である。
This is a method of optically reading pits recorded on a disc using laser light.

第6図にCD(コンパクトディスク)の原理を示す。5
0はCD(コンパクトディスク)の一部であり、拡大し
て示しである。透明なプラスチック51の円盤の一方の
面にピット52と呼ばれる幅約0.5μm、深さ約0,
11μmの凹部が刻まれ(第6図はピットのある面の反
対側から見た図なので突き出して見える部分)、その表
面に反射膜53が付けられている。さらにその外側には
保護膜54が付けられている。ピット52を読み取る光
検出器10(光ピツクアップと呼ばれる)のレーザダイ
オード11から発射された波長的0.78μmのレーザ
光は、ビームスプリッタ12を通り、コリメータレンズ
13により平行光となり、さらに対物レンズ14を通し
て、ピッド52のある面の反対側からディスクに照射さ
れる。レーザ光は光検出器lO内の対物レンズ14によ
ってピット位置で焦点を結ぶように調整され、ピット位
置でのレーザ光のビーム15の直径は約1.4μmにし
ぼられている。このレーザ光は反射膜53により反射さ
れ、光検出器lO内の対物レンズ14、コリメータレン
ズ13を通り、ビームスプリッタ12で向きが変えられ
、フォトダイオード13に導かれて電気信号に変換され
る。ピット52がないところにレーザ光が当った場合は
、レーザ光のほとんどが反射されて大きな電気信号が得
られる。
Figure 6 shows the principle of a CD (compact disc). 5
0 is a part of a CD (compact disc) and is shown enlarged. On one side of the transparent plastic disc 51 is a pit 52 with a width of about 0.5 μm and a depth of about 0.
A concave portion of 11 μm is carved (the part that appears to protrude since FIG. 6 is a view from the side opposite to the surface where the pit is present), and a reflective film 53 is attached to the surface thereof. Furthermore, a protective film 54 is attached to the outside thereof. Laser light with a wavelength of 0.78 μm emitted from the laser diode 11 of the photodetector 10 (called an optical pickup) that reads the pits 52 passes through the beam splitter 12, becomes parallel light by the collimator lens 13, and then passes through the objective lens 14. , and the disk is irradiated from the side opposite to the surface where the pit 52 is located. The laser beam is adjusted to be focused at the pit position by an objective lens 14 in the photodetector IO, and the diameter of the laser beam 15 at the pit position is narrowed to about 1.4 μm. This laser light is reflected by a reflective film 53, passes through an objective lens 14 and a collimator lens 13 in a photodetector 10, is directed by a beam splitter 12, is guided to a photodiode 13, and is converted into an electrical signal. If the laser beam hits an area where there are no pits 52, most of the laser beam will be reflected and a large electrical signal will be obtained.

ピット52部分にレーザ光が当った場合は、レーザ光の
ビーム径に対してピットの幅が半分以下しかないため、
ピット部から反射するレーザ光とピット外から反射する
レーザ光とが合成されて光検出器10に戻る。ピット部
分からの反射レーザ光とピット外からの反射レーザ光と
ではピットの深さの2倍だけ光路差を生じる。ピット5
2の深さはプラスチック内のレーザ光の波長の1八に選
ばれているので、ピット部分からの反射レーザ光とピ・
ット外からの反射レーザ光とは180°位相が異なり、
それぞれが干渉して打消し合う。したがって光検出器1
0に戻るレーザ光の光量は非常に減少し、得られる電気
信号も小さくなる。このようにしてピット52の有無が
電気信号の大小に変換されて読み取られる。ピットは円
周上につぎつぎと並び、さらに半径方向のピッチ(トラ
フピッチ)1.6μmでらせん状に並べられ、円盤上に
非常に多数のピットが記録されている。これらの多数の
ピットにより、ピットの有無とその長短の組合せで音楽
のデータが記録され、それを読み取ることによって音楽
を再生する。CD(コンパクトディスク)の規格ではピ
ット長およびピットとピットの間の長さは最少0.9μ
mとなっている。したがって直径10cmの円盤の外周
に最大約17万ピツトの記録できる可能性を有している
When the laser beam hits the pit 52, the width of the pit is less than half of the beam diameter of the laser beam, so
The laser light reflected from the pit portion and the laser light reflected from outside the pit are combined and returned to the photodetector 10. An optical path difference between the laser beam reflected from the pit portion and the laser beam reflected from outside the pit is twice the depth of the pit. pit 5
The depth of 2 is selected to be 18 times the wavelength of the laser light inside the plastic, so the reflected laser light from the pit and the
The phase is 180° different from that of the reflected laser beam from outside the cut.
Each interferes and cancels out the other. Therefore photodetector 1
The amount of laser light that returns to 0 is greatly reduced, and the electrical signal obtained also becomes small. In this way, the presence or absence of the pit 52 is converted into the magnitude of an electrical signal and read. The pits are arranged one after another on the circumference, and are further arranged in a spiral shape at a pitch (trough pitch) of 1.6 μm in the radial direction, and a very large number of pits are recorded on the disk. Music data is recorded by a combination of the presence or absence of pits and their length, and the music is played back by reading this data. According to the CD (compact disc) standard, the pit length and the length between pits is a minimum of 0.9μ.
m. Therefore, there is a possibility that a maximum of about 170,000 pits can be recorded on the outer circumference of a disk with a diameter of 10 cm.

この技術を利用すれば高分解能な回転検出装置を構成す
ることが可能だが、幅の狭いピットに対してレーザ光の
ビームが正確に当るように半径方向の追従(トラッキン
グ)させなければならず、対物レンズを半径方向に移動
させる機構などが必要で、構造が複雑になる欠点がある
。また回転検出器は電動機などに取り付けて使用するた
め、振動の影響で追従(トラッキング)できなくなる恐
れがあり、信頼性を高くすることが難しい。
Using this technology, it is possible to construct a high-resolution rotation detection device, but it requires tracking in the radial direction so that the laser beam accurately hits narrow pits. This method requires a mechanism to move the objective lens in the radial direction, which has the disadvantage of making the structure complicated. Furthermore, since the rotation detector is attached to an electric motor or the like, there is a risk that it will not be able to track due to the effects of vibration, making it difficult to increase reliability.

本発明は以上述べた点を考慮してなされ、光ブライスフ
の技術を利用して、高い分解能を持ち、なおかつ構造が
簡単で信頼性の高い回転検出装置を得ることを目的とす
る。
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned points, and an object of the present invention is to obtain a rotation detecting device that has high resolution, has a simple structure, and is highly reliable, using optical Blythesph technology.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課届を解決するための手段) 本発明は、一方の面にそれぞれの幅がほぼ等しい凹凸を
放射状に刻んだスリットが記録された回転円盤と、この
スリットをレーザ光で読み取る光検出器から構成され、
スリットを形成する凹部と凸部の幅が前記光検出器のレ
ーザ光のビーム径とほぼ等しいか広く作られている。
(Means for resolving the division report) The present invention consists of a rotating disk in which slits in which concavities and convexities with approximately equal widths are radially recorded on one surface, and a photodetector that reads the slits with a laser beam. configured,
The widths of the concave portions and convex portions forming the slit are approximately equal to or larger than the beam diameter of the laser beam from the photodetector.

(作 用) 本発明の回転検出装置の回転円盤では、凹凸が円周方向
にはわずかの幅しか持たないが半径方向には十分な長さ
のスリットを形成しているため、光検出器に半径方向の
追従(トラッキング)機能が必要なく、振動などによっ
て追従(トラッキング)できなくなり読み取りを失敗す
る心配はまったくない。
(Function) In the rotating disk of the rotation detection device of the present invention, the unevenness forms a slit having only a small width in the circumferential direction but a sufficient length in the radial direction, so that the photodetector There is no need for a tracking function in the radial direction, and there is no fear that tracking will be lost due to vibration or other factors, resulting in reading failures.

また回転円盤が回転して、光検出器から出されるレーザ
光のビームがスリットの凹部と凸部の境目の位置に来た
ときは、凹部と凸部の両方からの反射光が生じてそれぞ
れが干渉し、光検出器にはほとんどレーザ光が戻らず、
得られる電気信号も小さい。これに対してレーザ光のビ
ームがスリットの凹部または凸部の中心部分にきたとき
は、レーザ光のほとんどがこの凹部または凸部のどちら
か一方の部分で反射されて光検出器に戻り、得られる電
気信号も大きい。スリットの間隔を小さくでき、たくさ
んのスリットを記録することが可能で、回転円盤が1ス
リット分回転すると2サイクルの電気信号が得られ、非
常に高い分解能の回転検出器を実現することができる。
Also, when the rotating disk rotates and the laser beam emitted from the photodetector comes to the boundary between the concave and convex portions of the slit, light is reflected from both the concave and convex portions, and each Due to interference, almost no laser light returns to the photodetector.
The electrical signal obtained is also small. On the other hand, when the laser beam reaches the center of the concave or convex part of the slit, most of the laser beam is reflected by either the concave or convex part and returns to the photodetector, resulting in a gain. The electrical signal generated is also large. The spacing between the slits can be made small, and many slits can be recorded.When the rotating disk rotates for one slit, two cycles of electrical signals are obtained, making it possible to realize a rotation detector with extremely high resolution.

(実施例) 第1図は本発明の回転検出装置の第1の実施例の構成図
である。10は光検出器で、20は回転円盤であり、大
きく分けてこの二つの部分から成る。
(Embodiment) FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the rotation detection device of the present invention. 10 is a photodetector, and 20 is a rotating disk, which is roughly divided into two parts.

回転円盤20は説明のためにその一部を拡大して示した
。光検出器lOはCD(コンパクトディスク)などの光
ディスクの光検出器(光ピツクアップ)と同様な構成で
あり、11はレーザダイオード、12はビームスプリッ
タ、13はコリメータレンズ、14は対物レンズ、15
はレーザ光のビーム、16はフォトダイオードである。
A portion of the rotating disk 20 is shown enlarged for explanation. The photodetector IO has a configuration similar to that of a photodetector (optical pickup) for an optical disc such as a CD (compact disc), and includes a laser diode 11, a beam splitter 12, a collimator lens 13, an objective lens 14, and an objective lens 15.
1 is a laser beam, and 16 is a photodiode.

回転円盤20は図示していない被回転検出体の回転軸に
結合され、被回転検出体の回転にともなって回転する。
The rotating disk 20 is connected to a rotating shaft of a rotating detected body (not shown), and rotates as the rotating detected body rotates.

21はプラスチック、22はスリット、23は反射膜、
24は保護膜である。スリット22は、回転円盤のプラ
スチック21の一方の面に放射状の深さ0.11μm1
幅1.2μmの適当な長さの凹部(第1図はスリットの
ある面の反射側から見た図なので突き出して見える部分
)を間隔2.6μm(残った凸部は1.3μmである。
21 is plastic, 22 is a slit, 23 is a reflective film,
24 is a protective film. The slit 22 is radially formed on one surface of the plastic 21 of the rotating disk to a depth of 0.11 μm1.
Concave portions with a width of 1.2 μm and an appropriate length (Fig. 1 is a view from the reflective side of the surface with the slit, so the portion that appears to protrude) are spaced at intervals of 2.6 μm (the remaining convex portions are 1.3 μm).

)で刻み、その凹凸のある表面に反射膜23を付けるこ
とによって作られた凹凸によるスリットである。
), and a reflective film 23 is attached to the uneven surface.

光検出器lOのレーザダイオード11から発射された波
長的0.78μmのレーザ光は、ビームスプリッタ12
を通り、コリメータレンズ13により平行光となり、さ
らに対物レンズ14を通して、スリット22のある面の
反対側から回転円盤20に照射される。
Laser light with a wavelength of 0.78 μm emitted from the laser diode 11 of the photodetector lO is transmitted to the beam splitter 12.
The light passes through the collimator lens 13 into parallel light, and then passes through the objective lens 14 and is irradiated onto the rotating disk 20 from the side opposite to the surface where the slit 22 is located.

レーザ光は対物レンズ14によってスリット22の位置
で焦点を結ぶように調整され、スリット22の位置での
レーザ光のビーム15の直径は約1.4μmにしぼられ
ている。このレーザ光は反射膜23により反射され、光
検出器lOに戻り、対物レンズ14、コリメータレンズ
13を通り、ビームスプリッタ12で向きが変えられ、
フォトダイオード16に導かれて電気信号に変換される
。スリット22の凹部と凸部の境目にレーザ光のビーム
15の中心が合った場合は、レーザ光の半分が凹部で反
射され、残りの半分が凸部で反射し、これらの2つのレ
ーザ光と合成されて光検出器10に戻る。凹部からの反
射レーザ光と凸部からの反射レーザ光とでは凹部の深さ
の2倍だけ光路差を生じる。凹部の深さ0.11μmは
プラスチック21内のレーザ光の波長の1/4に選ばれ
ているので、凹部からの反射レーザ光と凸部からの反射
レーザ光とはtso”位相が異なり、それぞれが干渉し
て打消し合う。したがって光検出器10に戻るレーザ光
の光量は非常に減少し、フォトダイオード16から得ら
れる電気信号も小さくなる。スリット22の凹部または
凹部の中心にレーザ光のビーム15の中心が合った場合
は、スリットの凹部および凸部の幅が1.3μmで、レ
ーザ光のビーム径1.4μmとほぼ等しいので、はとん
どのレーザ光が凹部または凸部で反射されて光検出器l
Oに戻り、フォトダイオード1Bからは大きな電気信号
が得られる。このようにして、スリット22を形成する
凸凹を光検出器lOにより電気信号の大小に変換して読
み取ることができる。凹部と凸部の境目は1組のスリッ
トに対して2箇所あるので、回転円盤20の回転により
スリット22がスリットの間隔(2,8μm)だけ回転
するごとに2回の強弱信号が得られる。
The laser beam is adjusted by the objective lens 14 so as to be focused at the position of the slit 22, and the diameter of the laser beam 15 at the position of the slit 22 is narrowed to about 1.4 μm. This laser beam is reflected by the reflective film 23, returns to the photodetector lO, passes through the objective lens 14 and the collimator lens 13, and is changed direction by the beam splitter 12.
The light is guided to a photodiode 16 and converted into an electrical signal. When the center of the laser beam 15 is aligned with the boundary between the concave part and the convex part of the slit 22, half of the laser light is reflected by the concave part and the other half is reflected by the convex part, and these two laser beams and The signals are combined and returned to the photodetector 10. An optical path difference between the laser beam reflected from the concave portion and the laser beam reflected from the convex portion is twice the depth of the concave portion. Since the depth of the concave portion is 0.11 μm, which is selected to be 1/4 of the wavelength of the laser beam inside the plastic 21, the laser beam reflected from the concave portion and the laser beam reflected from the convex portion have different phases, and each interfere and cancel each other out. Therefore, the amount of laser light that returns to the photodetector 10 is greatly reduced, and the electric signal obtained from the photodiode 16 is also small. When the centers of the slits 15 and 15 are aligned, the width of the concave and convex portions of the slit is 1.3 μm, which is approximately equal to the beam diameter of the laser beam of 1.4 μm, so most of the laser light is reflected by the concave or convex portions. photodetector
0, and a large electrical signal is obtained from the photodiode 1B. In this way, the unevenness forming the slit 22 can be converted into the magnitude of an electrical signal and read by the photodetector lO. Since there are two boundaries between the concave portion and the convex portion for one set of slits, two strong and weak signals are obtained each time the slit 22 rotates by the slit interval (2.8 μm) due to rotation of the rotating disk 20.

レーザ光のビーム径を1.4μmの場合は、回転円盤2
0のスリットの凹部と凸部の幅を1.4μm以上とすれ
ば、光検出器lOからより大きな振幅の電気信号が得ら
れる。しかし、凸部と凹部の幅を広くすると回転円盤の
周に刻めるスリットの数が少なくなり、回転検出装置と
しての分解能が高くできなくなるため、分解能と得られ
る電気信号の振幅との兼合いから凸部と凹部の幅をレー
ザ光のビーム径よりやや狭い1.3μmとしている。直
径10伽の回転円盤に約21万スリツトを刻むことがで
き、1回転当り約24万サイクルの電気信号が得られる
When the beam diameter of the laser beam is 1.4 μm, the rotating disk 2
If the width of the concave and convex portions of the 0 slit is 1.4 μm or more, an electrical signal with a larger amplitude can be obtained from the photodetector IO. However, increasing the width of the convex and concave portions reduces the number of slits that can be carved around the circumference of the rotating disk, making it impossible to achieve high resolution as a rotation detection device. The width of the convex portion and the concave portion is set to 1.3 μm, which is slightly narrower than the beam diameter of the laser beam. Approximately 210,000 slits can be cut into a rotating disk with a diameter of 10 mm, and an electrical signal of approximately 240,000 cycles can be obtained per rotation.

またスリットの形状を図示のように完全な矩形に作るこ
とは難しく、その形状によって凹部と凸部でのレーザ光
の反射のようすが変化するため、それぞれの位置にレー
ザ光のビームがきたとき、光検出器から得られる電気信
号の大きさが異なってくる。凹部と凸部の幅を僅かに変
えることによってこの電気信号の大きさを等しくするこ
とができる。
Also, it is difficult to make the slit shape perfectly rectangular as shown in the figure, and the way the laser beam is reflected at the concave and convex portions changes depending on the shape, so when the laser beam hits each position, The magnitude of the electrical signal obtained from the photodetector differs. The magnitude of this electric signal can be made equal by slightly changing the widths of the concave portion and the convex portion.

以上述べたように本発明の実施例によれば、CD(コン
パクトディスク)やLD(レーザディスク)などの光デ
ィスクの技術を利用した非常に高分解能な回転検出装置
を得ることができる。光ディスクにおけるピットと同様
な凹凸と反射膜によって形成されたスリットを用いるこ
とによって半径方向の追従(トラッキング)の必要がな
くなり、構造が簡単になり回転検出装置としての信頼性
が大幅に向上する。またスリットを形成する凹部と凸部
の幅をほぼ等しくし、その幅をレーザ光のビーム径とほ
ぼ等しいか広くすることによって、光検出器からは1ス
リツトに対応する分だけ回転円盤が回転するごとに振幅
が2回大きく変わる電気信号が得られ、スリットの間隔
を2.6μm程度まで小さくでき、従来の光学式パルス
エンコーダに対して一桁以上高い分解能の回転検出装置
が得られる。
As described above, according to the embodiments of the present invention, it is possible to obtain a very high-resolution rotation detection device that utilizes the technology of optical discs such as CDs (compact discs) and LDs (laser discs). By using a slit formed by unevenness and a reflective film similar to the pits on an optical disk, there is no need for radial tracking, the structure is simple, and the reliability of the rotation detection device is greatly improved. In addition, by making the widths of the concave and convex portions that form the slit approximately equal, and making the width approximately equal to or wider than the beam diameter of the laser beam, the rotating disk can be rotated by the amount corresponding to one slit from the photodetector. An electric signal whose amplitude greatly changes twice for each rotation is obtained, the slit interval can be reduced to about 2.6 μm, and a rotation detection device with a resolution higher than that of a conventional optical pulse encoder by an order of magnitude or more can be obtained.

第2図は本発明の第2の実施例の構成図である。FIG. 2 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.

10は光検出器で、20は回転円盤である。光検出器l
Oは第1図に示した第1の実施例と同一である。
10 is a photodetector, and 20 is a rotating disk. photodetector l
O is the same as in the first embodiment shown in FIG.

回転円盤20も第1の実施例と同一の構成であるが、ス
リット22が、回転円盤のプラスチック21の一方の面
に放射状の高さ0.11μm1幅1.3μmの適当な長
さの「凸部」 (第2図はスリットのある面の反対側か
ら見た図なのでくぼんで見える部分)を間隔2.8μm
(残った凸部は1.8μmである。)で刻み、その凹凸
のある表面に反射膜23を付けることによって作られて
いる。回転円盤のスリットの作り方が異なるが、凹凸の
幅は1.3μmであり、第1の実施例と全く同じ作用、
効果が得られる。
The rotating disk 20 has the same structure as the first embodiment, but a slit 22 is formed by forming a radial "convex" on one surface of the plastic 21 of the rotating disk with an appropriate length of 0.11 μm in height and 1.3 μm in width. (Figure 2 is a view from the opposite side of the surface with the slit, so the part that appears concave) is spaced 2.8 μm apart.
(The remaining convex portion is 1.8 μm.) and is made by attaching a reflective film 23 to the uneven surface. Although the method of making the slits in the rotating disk is different, the width of the unevenness is 1.3 μm, and the effect is exactly the same as in the first embodiment.
Effects can be obtained.

なお、本発明の実施例として、回転円盤に透明なプラス
チックに凹凸を刻み、その面に反射膜を付けたCD(コ
ンパクトディスク)やLD(レーザディスク)と同じ構
成の例で説明したが、金属円盤に凹凸を刻んで直接反射
させる構造としても可能である。また反射膜を付けずに
レーザ光が回転円盤を透過するようにし、回転円盤に刻
まれた凹凸(厚さの差)によって透過したレーザ光の位
相が変化して干渉することを利用して、透過レーザ光の
強弱を光検出器で読み取る構成であってもよい。
In addition, as an example of the present invention, an example of the same configuration as a CD (compact disc) or LD (laser disc), in which a rotating disk is carved with unevenness on a transparent plastic and a reflective film is attached to the surface, was explained. It is also possible to create a structure in which unevenness is carved into the disk to directly reflect the light. In addition, the laser beam is transmitted through the rotating disk without a reflective film, and the unevenness (difference in thickness) carved into the rotating disk changes the phase of the transmitted laser beam and causes interference. The structure may be such that a photodetector reads the intensity of the transmitted laser beam.

これらの本発明の回転検出器の回転円盤を製造するには
CD(コンパクトディスク)やLD(レーザディスク)
を製造するのとほとんど同様な方法が使える。CD(コ
ンパクトディスク)ではまずはじめに原盤を作る。表面
を研磨した硝子などの円盤にフォトレジスト材を一様な
厚さで塗布し、この円盤を回転させながら、0.5μm
程度にレンズで集光したレーザ光ビームを、記録するピ
ットパタンに応じ、断続的に照射する。それと同時に、
レーザ光ビームを、円盤の1回転に対してピットの半径
方向のピッチ(トラックピッチ)  1.8amの割合
で、半径方向に移動させる。円盤のフォトレジスト材に
はピットパタンが露光跡として刻まれる。これを現像す
ると、ピットに対応する部分のフォトレジスト材が除去
されて、ピットが凹部となって現れ、原盤が完成する。
To manufacture the rotating disk of the rotation detector of the present invention, a CD (compact disk) or an LD (laser disk) is used.
Almost the same method can be used to produce . For CDs (compact discs), the master disc is first created. Apply photoresist material to a uniform thickness on a disk made of glass or the like with a polished surface, and while rotating the disk, apply a photoresist material of 0.5 μm.
A laser beam focused by a lens is intermittently irradiated depending on the pit pattern to be recorded. At the same time,
The laser beam is moved in the radial direction at a rate of a radial pit pitch (track pitch) of 1.8 am per rotation of the disk. A pit pattern is etched into the photoresist material of the disk as an exposure trace. When this is developed, the photoresist material in the portions corresponding to the pits is removed, the pits appear as recesses, and the master is completed.

この原盤にニッケルなどの金属をメツキしたのち、原盤
を除去して、原盤の型(スタンパ)を作る。この型(ス
タンバ)を用いて、プラスチックを射出形成などにより
成形し、原盤と同じ凹凸を持つ複製を作る。この凹凸の
ある面に、アルミニュウムなどを蒸着し、反射膜を付け
る。さらにプラスチックの保護膜を付けてCD(コンパ
クトディスク)ができあがる。
After plating this master with a metal such as nickel, the master is removed and a mold (stamper) of the master is made. Using this mold (stambar), plastic is molded by injection molding to create a replica with the same unevenness as the original. A reflective film is applied to this uneven surface by vapor-depositing aluminum or other material. A plastic protective film is then added to create a CD (compact disc).

本発明の回転円盤の原盤を作るには、表面を研磨した硝
子などの円盤にフォトレジスタ材を一様な厚さで塗布し
た円盤に対するレーザ光ビームの断続的な照射を一定周
波数とし、円盤をこの断続周波数を分周した回転数を制
御し、レーザ光ビームの断続周波数と円盤の回転数の同
期をとる。レーザ光ビームの半径方向の移動は非常に小
さく(0,1μm程度)する。したがって、円盤にはレ
ーザ光ビームが円盤の周には断続周波数と回転数の比で
きまる一定の数だけ一定間隔で照射され、円盤が一回転
するとほとんど同じ位置で半径方向に僅か(0,1μm
程度)だけずれた位置に照射される。この半径方向のず
れはレーザ光ビーム径(0,5μm程度)に対して小さ
いので半径方向につながった形となり、この繰り返しに
より円盤の中心のに対して放射状のスリットが露光跡と
して刻まれる。レーザ光ビームの断続の時間を制御する
ことによってスリットの幅が制御できる。これを現像す
ることによって凹凸により形成されたスリットを有する
原盤が完成する。フォトレジスト材の特性(ネガ、ポジ
)を変えれば凹凸の関係を逆にすることができる。
To make the master disc of the rotating disc of the present invention, a disc made of glass or the like with a polished surface coated with a photoresist material to a uniform thickness is intermittently irradiated with a laser beam at a constant frequency. The rotational speed obtained by dividing this intermittent frequency is controlled to synchronize the intermittent frequency of the laser beam and the rotational speed of the disk. The movement of the laser beam in the radial direction is very small (about 0.1 μm). Therefore, the circumference of the disk is irradiated with a laser beam of a certain number at regular intervals depending on the ratio of the intermittent frequency and the number of rotations, and when the disk rotates once, a small amount (0.1 μm) in the radial direction is irradiated at almost the same position.
The beam is irradiated at a position shifted by a certain amount (degree). Since this radial deviation is small compared to the laser beam diameter (about 0.5 μm), the discs are connected in the radial direction, and by repeating this process, radial slits are carved in the center of the disk as exposure traces. The width of the slit can be controlled by controlling the intermittent time of the laser light beam. By developing this, a master disk having slits formed by unevenness is completed. By changing the characteristics of the photoresist material (negative or positive), the relationship between the concave and convex surfaces can be reversed.

この原盤をもとにCD(コンパクトディスク)と同様に
複製して、回転検出装置の回転円盤を大量に安価に製造
することができる。
Based on this master disk, it is possible to manufacture rotating disks for the rotation detection device in large quantities at low cost by making copies in the same way as CDs (compact disks).

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように本発明によれば、CD(コンパクトデ
ィスク)やLD(レーザディスク)などの光ディスクの
技術を利用した非常に高分解能で信頼性の高い回転検出
装置を得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a rotation detecting device with extremely high resolution and high reliability, which utilizes the technology of optical discs such as CDs (compact discs) and LDs (laser discs).

光ディスクにおいて必要であった半径方向の追従(トラ
ッキング)の必要がなくなり、構造が簡単になり回転検
出装置としての信頼性が大幅に向上する。またスリット
を形成する凹部と凸部の幅とレーザ光のビーム径との関
係を適切に選んだことにより、回転円盤がスリットの間
隔に対応する分だけ回転するごとに振幅が2回大きく変
わる電気信号が得られるとともに、スリットの間隔を2
.6μm程度まで小さくでき、従来の光学式パルスエン
コーダに対して一桁以上高い分解能が得られる。
There is no longer a need for radial tracking, which was necessary for optical discs, the structure is simplified, and the reliability of the rotation detection device is greatly improved. In addition, by appropriately selecting the relationship between the width of the concave and convex portions forming the slits and the beam diameter of the laser beam, the amplitude of the electric current changes significantly twice each time the rotating disk rotates by an amount corresponding to the spacing of the slits. Once the signal is obtained, the slit spacing is changed to 2.
.. It can be made as small as about 6 μm, and a resolution that is more than an order of magnitude higher than that of conventional optical pulse encoders can be obtained.

また、本発明の基本的な構成要素はほとんど光デイスク
用を適用でき、回転円盤も光ディスクと同様に量産が可
能であり、高分解能で信頼性が高く、かつ安価な回転検
出装置が実現できる。
Moreover, most of the basic components of the present invention can be applied to optical disks, and rotating disks can be mass-produced in the same way as optical disks, making it possible to realize a high-resolution, highly reliable, and inexpensive rotation detection device.

なお、従来の光学式パルスエンコーダと同様に、複数の
光検出器を備えて、2相パルスや、1回転に1回のパル
スを発生できるようにすることは容品である。
Note that, like the conventional optical pulse encoder, it is possible to provide a plurality of photodetectors to generate two-phase pulses or one pulse per rotation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例を示す構成図、第2図は本発明
の他の実施例を示す構成図、第3図は従来の光学式回転
検出装置(光学式パルスエンコーダ)の構成図、第4図
は本発明に最も近い技術のCD(コンパクトディスク)
の構成図である。 10:光検出器     ll:レーザダイオード12
:ビームスブリツタ 13:コリメータレンズ 14:対物レンズ    15:レーザ光ビームlB:
フォトダイオード 20:回転円盤21; 23: 30: 40= 42; 50: 51: 53; プラスチック 反射膜 円盤 検出器 検出用スリット フォトトランジスタ CD(コンパクトディスク) プラスチック  528ビツト 反射膜     54:保護膜 22ニスリツト 24:保護膜 31ニスリツト 41i光源 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同    第子丸   健 20 回転円1の−音ド 第 円盤 図 5oco<コカ!7トデイスク)の−4p手続補正書(
自発) 平成
Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a block diagram of a conventional optical rotation detection device (optical pulse encoder). , Figure 4 shows a CD (compact disc) with the technology closest to the present invention.
FIG. 10: Photodetector ll: Laser diode 12
: Beam splitter 13: Collimator lens 14: Objective lens 15: Laser light beam lB:
Photodiode 20: Rotating disc 21; 23: 30: 40 = 42; 50: 51: 53; Plastic reflective film disc detector slit phototransistor for detection CD (compact disc) Plastic 528-bit reflective film 54: Protective film 22 Nislit 24 :Protective film 31 Nisrit 41i Light source agent Patent attorney Nori Chika Ken Yudo Daishimaru Ken 20 Rotating circle 1 - sound C disk diagram 5oco<Coca! -4p procedural amendment (
spontaneous) Heisei

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)一方の面に凹凸が刻まれた回転円盤と、前記凹凸
をレーザ光で読み取る光検出器から構成され、前記凹凸
が円盤の中心に対して放射状に並んでスリットを形成し
、なおかつ前記スリットを形成する凹部と凸部の幅が異
なり、凹部または凸部のどちらか一方の狭い方の幅が前
記光検出器から照射されるレーザ光のビーム径より狭く
、被回転検出体に結合された回転円盤が前記スリットの
間隔に対応する分だけ回転するごとに1回の強弱信号が
光検出器から得られるようにしたことを特徴とする光学
式の回転検出装置。
(1) Consisting of a rotating disk with unevenness carved on one surface and a photodetector that reads the unevenness with a laser beam, the unevenness is arranged radially with respect to the center of the disk to form a slit, and The width of the concave portion and the convex portion forming the slit are different, and the narrower width of either the concave portion or the convex portion is narrower than the beam diameter of the laser beam irradiated from the photodetector, and the width of the concave portion or the convex portion is narrower than the beam diameter of the laser beam irradiated from the photodetector. An optical rotation detecting device characterized in that one intensity signal is obtained from a photodetector each time the rotating disk rotates by an amount corresponding to the interval between the slits.
(2)前記凹凸で形成されたスリットを有する回転円盤
の製造において、表面を研磨した硝子などの円盤にフォ
トレジスト材を一様な厚さで塗布した円盤を回転させな
がら、レーザ光のビームを断続的に照射し、その断続周
波数を一定周波数とし、前記円盤を前記断続周波数を分
周した回転数に制御してレーザ光のビームの断続周波数
と円盤の回転数の同期をとり、これと同時にレーザ光の
ビームを半径方向にゆっくりと移動させ、前記円盤が1
回転する間に移動する距離を前記レーザ光のビーム径に
対して小さくすることによって、前記レーザ光ビームが
前記円盤に断続周波数と回転数の比できまる一定の回数
だけ一定間隔で照射され、前記円盤が一回転するとほと
んど同じ位置で半径方向に僅かだけずれた位置に照射さ
れて半径方向につながった形となり、この繰り返しによ
って前記円盤の中心に対して放射状のスリットを露光跡
として刻み、これを現像し凹凸により形成されたスリッ
トを有する原盤を作成し、前記原盤を基にして複製を作
ることによって前記回転円盤を製造することを特徴とす
る回転円盤の製造方法。
(2) In manufacturing a rotating disk having a slit formed by the above-mentioned unevenness, a laser beam is emitted while rotating a disk made of glass or the like with a polished surface coated with a photoresist material to a uniform thickness. irradiate intermittently, set the intermittent frequency to a constant frequency, control the disc to a rotational speed that is a division of the intermittent frequency, synchronize the intermittent frequency of the laser beam beam and the rotational speed of the disc, and at the same time A beam of laser light is slowly moved in the radial direction until the disk is 1
By making the distance traveled during rotation smaller than the beam diameter of the laser beam, the laser beam is irradiated onto the disk at regular intervals a constant number of times determined by the ratio of the intermittent frequency and the number of rotations, and When the disk rotates once, almost the same position but slightly shifted in the radial direction is irradiated, creating a shape that is connected in the radial direction.By repeating this process, radial slits are carved as exposure traces around the center of the disk, and this is A method for manufacturing a rotating disk, characterized in that the rotating disk is manufactured by developing a master disk having slits formed by unevenness, and making a copy based on the master disk.
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